Exogenous influences on skatole formation in the pig

Abstract

Castration of male piglets without anesthesia and analgesia has been an ancient and traditional practice in several European countries to prevent problems with boar taint. The commencement of the National Protection of Animals Act on 13th July 2013 intends to end castration without anesthesia in Germany by 2019. In Europe, the goal is to end castration of piglets by raising entire male pigs only from 2018 onwards. This, however, is a challenge for the entire supply chain of the pig production industry, since sufficient consumer protection from tainted boar meat cannot be guaranteed so far. Off-odors in boar meat are caused by the testicular steroid androstenone and the tryptophane metabolite skatole. Exogenous and endogenous factors which favor the formation of both boar taint substances, but especially of skatole, have so far been only partially identified. Thus the aim of the present thesis was to determine exogenous influences on skatole formation and deduce measures to reduce the amount of tainted carcasses. In the first part of the thesis (Chapter 3), the current state of research on the impact of feeding strategies on skatole physiology was summarized. The mechanisms of different feeding strategies and feed additives were described in their effect on formation, metabolism and fat deposition of skatole. Based on a deduced formation cascade of skatole, different feeding strategies aiming to reduce skatole can be evaluated in a simplified manner. It could be shown that promising feeding strategies to reduce skatole have to be effective on more than one level of the formation cascade at the same time. In the second part of this thesis (Chapter 4), the reasons for varying androstenone and skatole concentrations found at slaughter plants in animals from the same origin were investigated. In order to identify the reasons leading to said differences, a study with 169 boars from three different farms was conducted. Each farm delivered animals, split into two groups, to two different slaughter plants with a time interval of one day. The duration of transport as well as the duration of pre-unloading and the time spent on the vehicle before unloading were recorded. During the slaughter process, samples of blood, feces and urine were collected for hormone analysis. Carcasses were scored visually for lesions in cold storage after slaughter, and adipose tissue was removed for boar taint analysis. Even in animals of the same origin, the same genotype as well as the same feeding regimen, significant differences in androstenone and skatole concentrations in fat could be measured, which could be traced back to the different transport and pre-unloading times. In contrast to androstenone, skatole in the fat of the animals was influenced predominately by the pre-unloading time and increased by more than 20 ng/g with every hour of pre-unloading time. In addition, animals with higher lesion scores had higher skatole concentrations in fat. Transport time, on the other hand, had an effect on androstenone concentrations in fat, which increased by about 0.1 µg/g per hour transport. Skatole concentrations, however, were only slightly affected by transport time. Positive correlations could be found between cortisol and testosterone in various substrates with deposition of boar taint substances in fat. However, further research is required to clarify the mechanisms of these effects in detail. Minimizing transport and pre-unloading times before the slaughter process, however, seems mandatory to reduce the amount of tainted carcasses. The third part of this thesis (Chapter 5) investigated the impact of management factors on variability of skatole concentrations in blood and fat. Modern breeding companies take fat biopsy samples to estimate the breeding value for the trait boar taint in AI boars. However, it is not yet known to which extent repeated biopsies or different sampling locations may themselves affect skatole levels. Furthermore, the influence skin contamination of animals and of transdermal skatole diffusion have been matters of heated discussion for decades. The published results, however, are in part contradictory and it is not clear to which extent skatole can diffuse through the skin and to which degree this source may contribute to the concentrations in the carcass. As a consequence, the clarification of these complex relationships was the subject of the third study. The results show that skatole concentrations reveal a low variability in samples from the dorsal part of the carcass, although 20% higher concentrations were measured in the ventral area. The transdermal diffusion of skatole was confirmed in this study, but it was also shown that this diffusion is local and that skatole levels of the carcass in general were not increased. Repeated biopsies under total anesthesia temporarily increased skatole levels in blood and were accompanied by a similar course of cortisol concentrations in blood. Punch biopsies in conscious animals had no effect on the course of skatole or cortisol in blood. The present thesis illustrates that, besides nutrition, stress is an important factor for off-odors in boar carcasses. The results from the experimental studies suggest that an improvement of animal welfare can reduce the risk of off-odor in entire male pig production and thus contribute to consumer protection. However, the results also show that any success of the farmer in the reduction of boar taint can be partially undone on the way to slaughter.

Die betäubungslose Kastration männlicher Ferkel ist seit Jahrhunderten in vielen europäischen Ländern übliche Praxis um Schlachtkörper mit Ebergeruch zu verhindern. Mit Inkrafttreten der Novellierung des Tierschutzgesetzes am 13. Juli 2013, wurde beschlossen bis zum Jahr 2019 in Deutschland aus der betäubungslosen Ferkelkastration auszusteigen. Europaweit ist man bestrebt bereits 2018 auf die Ferkelkastration gänzlich zu verzichten und Jungeber zu mästen. Dies stellt allerdings eine Herausforderung für die gesamte Kette der Schweinefleischerzeugung dar, da bisher ein ausreichender Schutz der Verbraucher vor geruchsbelastetem Fleisch nicht sichergestellt ist. Die Geruchsbelastungen von Eberfleisch werden durch das Hodensteroid Androstenon und den Tryptophanmetaboliten Skatol verursacht. Exogene und endogene Faktoren die die Bildung der beiden Ebergeruchstoffe - insbesondere von Skatol - begünstigen, sind allerdings nur zum Teil identifiziert. Das Hauptziel dieser Arbeit war es daher exogene Einflussgrößen auf die Bildung von Skatol zu untersuchen und hieraus Maßnahmen zur Verminderung des Anteils geruchsbelasteter Schlachtkörper abzuleiten. Im ersten Teil dieser Arbeit (Chapter 3) wurde der aktuelle Kenntnisstand zur Auswirkung von Fütterungsmaßnahmen auf die Skatolphysiologie zusammengefasst. Dabei wurden die Mechanismen beschrieben, über die verschiedene Fütterungsstrategien oder Futterzusätze in die Bildung, Metabolisierung und Einlagerung von Skatol ins Fett eingreifen. Anhand einer daraus abgeleiteten Bildungskaskade können skatolreduzierende Fütterungsmaßnahmen hinsichtlich ihrer Wirksamkeit vereinfacht beurteilt werden. Dabei konnte gezeigt werden, dass erfolgversprechende Fütterungsmaßnahmen zur Reduzierung von Skatol möglichst gleichzeitig auf mehreren Stufen der Bildungskaskade ihre Wirkung entfalten müssen. Im zweiten Teil dieser Arbeit (Chapter 4) wurde untersucht, warum Androstenon- und Skatolkonzentrationen bei Tieren gleicher Herkunft zwischen Schlachthöfen variieren können. Zur Identifikation der Ursachen wurde eine Studie an zwei verschiedenen Schlachthöfen durchgeführt, an denen 169 Eber aus drei verschieden Betrieben geschlachtet wurden Jeder Betrieb lieferte seine Tiere in zwei Gruppen an die beiden Schlachthöfe im Anstand von einem Tag an. Dabei wurden die Transportzeit und die Wartezeit im LKW vor dem Abladen am Schlachthof erfasst. Während des Schlachtvorgangs wurden Blut, Kot und Urin für die Hormonanalytik gesammelt. Im Kühlhaus nach dem Schlachten wurden die Schlachtkörperhälften nach Verletzungsspuren bonitiert und Fettgewebe für die Ebergeruchsbestimmung entnommen. Bei Tieren gleicher Herkunft, gleicher Genetik sowie gleicher Fütterung konnten Unterschiede in Androstenon- und Skatolwerten aufgezeigt werden, welche durch die unterschiedlichen Transport- und Wartezeiten erklärt werden konnten. Dabei wurde im Gegensatz zu Androstenon Skatol im Fett der Tiere maßgeblich von der Dauer der Wartezeit beeinflusst, je Stunde Wartezeit stiegen die Skatolkonzentrationen um mehr als 20 ng/g Fett an. Zudem wiesen Tiere mit höherem Verletzungsgrad auch höhere Skatolkonzentrationen auf. Die Transportzeit hatte hingegen Einfluss auf die Androstenonkonzentrationen, diese stiegen je Stunde Fahrt um etwa 0,1 µg/g Fett an, während die Skatoleinlagerung nur geringfügig beeinflusst wurde. Dabei konnten positive Beziehungen zwischen Cortisol und Testosteron in den verschiedenen Substraten und der Einlagerung geruchsaktiver Substanzen ins Fett nachgewiesen werden, allerdings sind weitere Untersuchungen notwendig um die detaillierten Mechanismen darstellen zu können. Eine Minimierung von Transport- und Wartezeit bei der Schlachtung von Jungebern scheint zwingend, um den Anteil geruchsbelasteter Schlachtkörper zu minimieren. Im dritten Teil dieser Arbeit (Chapter 5) wurde der Einfluss von Managementfaktoren auf die Variabilität von Skatolkonzentration in Blut und Fett untersucht. Moderne Zuchtunternehmen entnehmen Fettbiopsien am lebenden Schwein um die Eigenleistung für den Zuchtwert Ebergeruch potentieller Besamungseber bestimmen zu können. Es ist jedoch unklar inwieweit wiederholte Biopsien oder unterschiedliche Entnahmestellen die gemessenen Skatolkonzentrationen beeinflussen können. Zudem wird der Einfluss des Verschmutzungsgrades der Tiere und einer Diffusion von Skatol durch die Haut bereits seit langem diskutiert. Allerdings sind die publizierten Ergebnisse hierzu teilweise widersprüchlich und lassen die Frage offen, in welchem Maß Skatol es durch die Haut diffundieren kann und welchen Beitrag diese Quelle zu den Konzentrationen im Schlachtkörper leistet. Die Klärung dieser komplexen Zusammenhänge war Gegenstand der dritten Untersuchung. Die Ergebnisse zeigen, dass die Skatolkonzentration in Proben aus dem dorsalen Bereich eines Schlachtkörpers nur eine geringe Variation aufweisen, allerdings im ventralen Bereich um 20% höher sind. Die transdermale Diffusion von Skatol konnte prinzipiell bestätigt werden. Dabei konnte auch gezeigt werden, dass die Diffusion lokal begrenzt ist und nicht systemisch die Skatolkonzentrationen eines Schlachtkörpers erhöht. Wiederholte Biopsien unter Narkose erhöhen vorübergehend die Skatolkonzentrationen im Blut und sind von einem gleichsinnigen Verlauf der Cortisolkonzentrationen begleitet. Eine Schussbiopsie ohne Narkose zur Gewebenentnahme hatte keinen Effekt auf den Verlauf der Skatol- und Cortisolkonzentrationen im Blut. Die vorgelegte Arbeit zeigt, dass neben der Ernährung der Faktor Stress eine wichtige Einflußgröße auf die Geruchsbelastung von Eberschlachtkörpern ist. Die Ergebnisse des experimentellen Teils legen nahe, dass eine Verbesserung des Tierschutzes im Produktionsverfahren Ebermast das Risiko von Geruchsabweichungen bei Ebern vermindern kann und somit auch zum Verbraucherschutz beiträgt. Die Ergebnisse zeigen aber auch, dass auf dem Weg zur Schlachtung die Erfolge des Landwirts bei der Reduzierung des Ebergeruchs partiell wieder zunichte gemacht werden können.